Báo cáo lâm nghiệp: "Utilisation des marqueurs moléculaires dans les programmes d’amélioration génétique des arbres forestiers : exemple du pin maritime et de l’eucalyptus" ppsx

Article
original
Utilisation
des
marqueurs
moléculaires
dans
les
programmes
d’amélioration
génétique
des
arbres
forestiers :
exemple
du
pin
maritime
et
de
l’eucalyptus
C
Plomion
CÉ
Durel
D
Verhaegen
1
Laboratoire
de
génétique

et
amélioration
des
arbres
forestiers,
Inra,
BP
45, 33610
Cestas ;
2
Programme
Plantations,
Cirad
Forêt,
Baillarguet,
BP
5035,
34032
Montpellier
cedex
1,
France
(Reçu
le
19
décembre
1994 ;
accepté
le
27

juin
1995)
Résumé -
Les
arguments
émis
contre
l’application
de
la
sélection
assistée
par
marqueurs
(SAM)
chez
les
arbres
forestiers,
notamment
les
problèmes
potentiels
liés
au
manque
de
déséquilibre
de
liaison

entre
locus
dans
les
populations
panmictiques,
sont
reconsidérés
en
raison
de
la
baisse
des
coûts
et
surtout
de
l’automatisation
des
techniques
de
marquage
moléculaire
issues
de
la
technique
RAPD
(random

amplified
polymorphic
DNA).
La
construction
de
cartes
génétiques
sa-
turées
pour
les
individus
d’une
population
d’amélioration
élite
devrait
permettre
de
contourner
ce
problème.
Cette
proposition
est
présentée
et
discutée.
Les

stratégies
de
cartographie
génétique
et
de
détection
des
facteurs
génétiques
contrôlant
les
caractères
quantitatifs
(QTL)
s’appuyant
sur
des
pedigrees
couramment
rencontrés
dans
les
programmes
d’amélioration
forestiers
(familles
de
demi-frères
et

de
plein-frères)
sont
envisagées.
Afin
d’illustrer
la
faisabilité
de
la
sélection
assistée
par
marqueurs,
des
propositions
sont
faites
pour
les
programmes
de
sélection
du
pin
maritime
et
de
l’eucalyptus.
Les

gains
génétiques
et
le
coût
de
la
SAM
sont
évalués
dans
des
cas
concrets
et
comparés
à
d’autres
stratégies
permettant
une
efficacité
de
la
sélection
identique.
arbre
forestier
/
sélection

intrafamille
assistée
par
marqueurs
/
multiplication
végétative
/
marqueurs
moléculaires
/
QTL
/
Pinus
pinaster /
Eucalyptus
Summary -
Marker-assisted
selection
in
forest
tree
breeding
programs
as
illustrated
by
two
examples:
maritime

pine
and
eucalyptus.
The
arguments
raised
against
the
feasibility
of
mar-
ker-assisted
selection
(MAS)
in
forest
trees,
especially
the
expected
absence
of
linkage
disequilib-
rium
between
markers
and
quantitative
trait

loci
(QTL)
in
large
random
mating
populations,
are
reconsidered.
A
decrease
in
costs
and
automation
of
the
random
amplified
polymorphic
DNAs
(RAPD)
technique
make
it
possible
to
construct
single-tree
maps

for
every
individual
of
an
elite
breeding
population:
an
extreme
alternative
to
dealing
with
linkage
equilibrium.
Mapping
strategies
and
QTL
detection
using
existing
pedigrees
in
forestry
breeding
programs
(half-sib
and

full-sib
progenies)
are
presented
and
discussed.
The
feasibility
of
MAS
is
illustrated
for
the
maritime
pine
and
eucalyptus
breeding
program.
Genetic
gains
and
costs
associated
with
the
use
of
molecular

markers are evaluated and compared to other strategies that aim to obtain a similar selectionefficiency.
forest
trees
/
within-family
marker-assisted
selection
/
vegetative
propagation
/
molecular
markers
/
QTL
/
Pinus
pinaster
/
Eucalyptus
INTRODUCTION
L’utilisation
des
marqueurs
moléculaires
en
sélection
repose
sur
l’exploitation

des
déséquilibres
de
liaison
entre
marqueurs
et
gènes
ou
QTL
(quantitative
trait loci)
impli-
qués
dans
la
variation
des
caractères
quantitatifs.
Deux
stratégies
d’intégration
des
marqueurs
dans
les
programmes
de
sélection

des
plantes
annuelles
ont
été
en-
visagées.
La
première
vise
à
exploiter
le
déséquili-
bre
de
liaison
dû
à
des
liaisons
physiques
pour
fabriquer
un
«
idéotype
»,
individu
cu-

mulant
le
maximum
d’allèles
favorables
pour
des
caractères
d’intérêt
économique.
La
stratégie
consiste
à
cartographier
des
QTL
sur
une
carte
génétique
(ex :
Paterson
et
al,
1988)
et
à
utiliser
les

marqueurs
bor-
dant
pour
contrôler
le
transfert
des
zones
chromosomiques
intéressantes.
La
construction
d’un
tel
génotype
peut
être
réalisée
par
backcross
lorsqu’il
s’agit
d’in-
tégrer
dans
un
fond
génétique
préexistant

un
ou
quelques
gènes.
Les
marqueurs
mo-
léculaires
permettent
notamment
de
repé-
rer
les
individus
ayant
recombiné
le
plus
près
du
gène
à
transférer
dans
le
parent
récurrent
et
qui

portent
le
moins
possible
d’ADN
du
parent
donneur
(Young
et
Tanks-
ley,
1989 ;
Ragot
et
al, 1995).
Ils
permettent
également
un
retour
plus
rapide
vers
le
gé-
nome
du
parent
récurrent

par
rapport
à
une
simple
sélection
basée
sur
l’information
phénotypique
(Hospital
et
al,
1992).
Les
bons
allèles
peuvent
aussi
être
accumulés
dans
un
génotype
nouveau
par
croisement
d’individus
complémentaires
aux

QTL
(Stuber
et
Sisco,
1993).
Le
nombre
de
croi-
sements
nécessaires
pour
obtenir
le
géno-
type
transgressif
intéressant
dépendra
du
nombre
et
de
la
répartition
des
QTL
dans
le
génome

des
géniteurs.
Par
ailleurs,
plus
le
nombre
de
descendants
d’un
croisement
donné
sera
important,
plus
la
probabilité
de
trouver
le
génotype
idéal
sera
élevée.
La
deuxième
stratégie
vise
à
exploiter

tous
les
types
de
déséquilibre
de
liaison
entre
marqueurs
et
QTL
(qu’ils
soient
ou
non
dus
à
une
liaison
physique)
pour
éva-
luer
la
valeur
génétique
des
individus
can-
didats

à
la
sélection.
Dans
ce
cas,
la
posi-
tion
des
QTL
sur
une
carte
génétique
n’a
pas
à être connue.
Les
marqueurs
sonttrai-
tés
comme
des
caractères
associés
au
phénotype
et
en

tant
que
tels
ils
doivent
permettre
d’augmenter
l’efficacité
de
la
sé-
lection.
Stuber
et
al
(1982)
ont
montré
que
cette
approche
était
possible
chez
le
maïs
et
qu’en
dépit
du

nombre
important
de
gé-
nérations
de
panmixie
qu’avaient
subi
les
populations
un
déséquilibre
de
liaison
sub-
sistait
et
permettait
d’obtenir
des
associa-
tions
significatives
entre
marqueurs
et
QTL
de
caractères

agronomiques.
Lande
et
Thompson
(1990)
ont
posé
les
bases
théo-
riques
de
la
sélection
assistée
par
mar-
queurs
(SAM)
en
intégrant
les
données
moléculaires
dans
un
index
de
sélection.
Étant

donné
les
caractéristiques
des
ar-
bres
forestiers
(longévité,
diversité
généti-
que
élevée
et
population
d’amélioration
en
équilibre
de
liaison),
peut-on
envisager
chez
ces
espèces
de
telles
applications
avec
les
types

de
familles
généralement
mises
en
place
dans
les
programmes
de
sélection
(familles
de
demi-frères
et
fa-
milles
de
plein-frères) ?
L’objectif
de
cet
ar-
ticle
est
d’apporter
des
éléments
de
ré-

ponse
à
cette
question,
d’estimer
les
gains
génétiques
et
les
coûts
de
la
sélection
as-
sistée
par
marqueurs.
Nous
proposons
et
discutons
tout
d’abord
une
stratégie
géné-
rale
de
sélection

intrafamille
assistée
par
marqueurs,
basée
sur
un
argumentaire
te-
chnique
et
génétique.
Nous
envisageons
ensuite
l’application
de
cette
stratégie
dans
les
programmes
de
sélection
du
pin
mari-
time
et
de

l’eucalyptus,
deux
espèces
qui
font
l’objet
d’un
programme
d’amélioration
génétique
et
d’un
important
effort
de
créa-
tion
variétale.
Caractéristiques
des
espèces
d’arbres
forestiers
et
proposition
d’une
stratégie
de
sélection
assistée

par
marqueurs
Les
cycles
de
sélection
sont
généralement
longs
chez
la
plupart
des
espèces
fores-
tières.
Ce
sont
surtout
les
délais
néces-
saires
à
l’évaluation
des
génotypes
et/ou
les
délais

de
maturité
sexuelle
qui
consti-
tuent
les
facteurs
limitants
à
l’amélioration
génétique.
Par
exemple,
pour
qu’une
sé-
lection
efficace
puisse
être
effectuée,
il
faut
attendre
presque
un
tiers
de
l’âge

de
la
ro-
tation,
soit
10
à
15
ans
chez
le
pin
maritime,
(Kremer
1992 ;
Danjon,
1994),
6
à
8
ans
chez
le
pin
taeda
(McKeand,
1988)
et
le
pin

radiata
(Cotterill
et
Dean,
1988),
2
à
3
ans
chez
l’eucalyptus
(Bouvet
et
Vigneron,
1995).
De
plus,
les
délais
nécessaires
jus-
qu’à
la
première
fructification
entraînent
une
évaluation
des
principaux

caractères
d’intérêt
économique
(vigueur,
forme,
qua-
lité
du
bois)
à
partir
d’un
certain
âge :
plus
de
10
ans
pour
la
plupart
des
conifères
et
plus
de
3
ans
chez
les

hybrides
interspéci-
fiques
d’eucalyptus
(Bouvet,
1991).
Dès
lors,
il
apparaît
clairement
que
la
première
approche :
construction
rapide
d’un
«
idéo-
type
»
par
backcross
ou
sélection
généalo-
gique
assistée
par

marqueurs,
est
difficile-
ment
envisageable.
Les
arbres
forestiers
sont
généralement
des
espèces
allogames
peu
domesti-
quées,
caractérisées
par
un
haut
niveau
de
diversité
génétique
(Hamrick
et
al,
1992)
et
un

faible
déséquilibre
de
liaison
entre
mar-
queurs
et
QTL
(revu
par
Strauss
et
al,
1992).
Ce
dernier
point
constitue
certaine-
ment
la
limitation
majeure
à
l’utilisation
des
marqueurs
moléculaires
dans

le
cadre
de
la
seconde
approche
(Avery
et
Hill,
1979 ;
Muona,
1982 ;
Beckman
et
Soller,
1983 ;
Beckman
et
Soller,
1986 ;
Hasting
1989 ;
Lande
et
Thompson,
1990).
En
effet,
selon
la

théorie
de
la
génétique
des
populations,
dans
les
populations
à
régime
de
reproduc-
tion
allogame,
les
allèles
au
marqueur
et
au
QTL
seraient
associés
au
hasard
d’un
ar-
bre
à

l’autre.
Il
serait
donc
impossible
d’é-
tablir
de
façon
significative
une
association
marqueur-QTL
au
niveau
de
la
population.
De
plus,
le
soin
pris
pour
éviter
les
croise-
ments
entre
apparentés

dans
la
plupart
des
populations
d’amélioration
restreint
d’au-
tant
la
probabilité
de
créer
tout
déséquilibre
de
liaison.
Là
encore,
l’utilisation
des
mar-
queurs
comme
caractères
associés
pour
mieux
estimer
la

valeur
génétique
des
indi-
vidus
apparaît
limitée.
Cependant,
les
avancées
récentes
des
techniques
de
marquage
moléculaire
per-
mettent
d’envisager
une
stratégie
intermé-
diaire :
la
sélection
intrafamille
assistée
par
marqueur.
Un

index
de
sélection
combi-
nant
l’information
des
caractères
phénoty-
piques
et
des
marqueurs
bordant
les
QTL
détectés
pourrait
être
utilisé
pour
recher-
cher
les
meilleurs
individus
dans
chacune
des
meilleures

familles.
Un
tel
index
basé
sur
la
position
la
plus
probable
des
QTL
potentiels
est
plus
puissant
que
celui
pro-
posé
par
Lande
et
Thompson
(1990)
car
il
prend
en

compte
la
recombinaison
entre
marqueurs
et
QTL
(B Goffinet,
communica-
tion
personnelle).
Cette
proposition
néces-
site
la
construction
de
cartes
génétiques
et
la
localisation
de
QTL
pour
chaque
famille.
Étant
donné

les
coûts
d’une
telle
opération
(discutés
ultérieurement),
il
est
évident
que
notre
proposition
ne
pourra
pas
s’appliquer
à
l’ensemble
d’une
population
d’améliora-
tion :
à
titre
d’exemple,
la
population
d’amélioration
« G1

»
de
deuxième
généra-
tion
du
pin
maritime
contient
1
100
individus.
Au
contraire,
l’utilisation
d’une
nouvelle
te-
chnologie
de
sélection
utilisant
les
mar-
queurs
de
l’ADN
pourrait
être
appliquée

dans
le
cadre
d’une
stratégie
de
sélection
intense
et
à
court
terme,
utilisant
un
sous-
ensemble
de
géniteurs
«
élites
» aux
per-
formances
connues.
Cette
solution,
qui
ex-
ploite
les

déséquilibres
de
liaison
physiques,
ne
pouvait
s’envisager
prati-
quement
que
par
rapport
à
l’automatisation
et
à
la
baisse
des
coûts
des
techniques
de
marquage
moléculaire.
Nous
verrons
dans
un
premier

temps
comment
les
marqueurs
RAPD
(Random
amplified
polymorphic
DNA,
Williams
et
al,
1990)
dérivés
de
la
PCR
(Polymerase
chain
reaction,
Mullis
et
Faloona,
1987)
offrent
cette
potentialité.
Nous
développerons
ensuite

les
argu-
ments
génétiques
de
la
sélection
assistée
par
marqueurs
(SAM)
intrafamille.
Finale-
ment,
nous
discuterons
de
l’utilisation
des
marqueurs
dans
les
programmes
de
sélec-
tion
du
pin
maritime
et

de
l’eucalyptus.
Argument
technique :
un
procédé
de
marquage
simple,
rapide
et
peu
coûteux
La
SAM
intrafamille
nécessite
une
techni-
que
de
marquage
efficace
permettant
de
génotyper
rapidement
avec
un
faible

coût
un
grand
nombre
de
descendants
des
fa-
milles
élites
(l’effectif
sera
discuté
au
para-
graphe
«
Effectifs
nécessaires
pour
la
SAM
intrafamille
»).
Nous
avons
envisagé,
pour
cinq
systèmes

de
marquage
moléculaire,
les
principales
caractéristiques
génétiques
et
techniques
ainsi
que
les
points
forts
et
les
points
faibles
de
certains
critères
d’uti-
lisation
en
sélection
(tableau
I).
Les
sys-
tèmes

isoenzymatiques
sont
très
faciles
et
peu
coûteux
à
révéler.
Cependant,
le
nom-
bre
de
marqueurs
révélés
par
cette
techni-
que
reste
trop
faible
pour
des
applications
qui
nécessitent
une
saturation

du
génome,
telles
que
la
cartographie
de
locus
contrô-
lant
des
caractères
quantitatifs.
Les
pro-
téines
révélées
par
électrophorèse
bidi-
mensionnelle
représentent
une
technique
de
marquage
difficile
à
mettre
en

œuvre
et
à
interpréter
à
grande
échelle.
Les
mar-
queurs
codominants
dérivés
de
la
PCR
(ex :
les
microsatellites)
sont
encore
trop
peu
développés
chez
les
arbres
forestiers
(Smith
et
Devey,

1994)
pour
envisager
leur
utilisation
à
court
terme
dans
un
pro-
gramme
de
sélection.
De
plus,
le
peu
de
microsatellites
obtenus
chez
les
gymno-
spermes
se
sont
révélés
monomorphes
(Hutchison

et
al,
1994).
Les
conifères
pré-
sentent
un
taux
de
recombinaison
par
nu-
cléotide
très
faible
car
leur
génome
est
de
très
grande
taille.
Or,
les
microsatellites
sont
généralement
générés

lors
de
la
méiose
par
des
crossing-over
inégaux.
Une
fréquence
chiasmatique
faible,
relati-
vement
au
nombre
de
nucléotides,
pourrait
expliquer
la
difficulté
de
trouver
des
micro-
satellites
polymorphes
chez
la

plupart
des
conifères.
Les
marqueurs
RFLPs
(Restric-
tion
fragment
length
polymorphism,
Bots-
tein
et
al,
1980)
sont
intéressants
à
plu-
sieurs
titres
(codominance,
multiallélisme,
potentialité
d’utilisation
chez
d’autres
es-
pèces

du
même
genre).
Cependant,
la
du-
rée
de
mise
en
œuvre
de
cette
technique
peut
prendre
plusieurs
années
chez
les
es-
pèces
où des
banques
génomiques
et
des
sondes
moléculaires
n’ont

pas
encore
été
développées.
C’est
le
cas
pour
la
majorité
des
espèces
forestières.
D’autre
part,
chez
certaines
espèces,
comme
les
Pinus,
la
quantité
d’ADN
est
si
élevée
(15
à
30

pg/C,
Ohri
et
Khoshoo,
1986 ;
Wakamiya
et
al,
1993)
qu’il
est
difficile
de
trouver
des
sondes
«
simple-copies
»,
c’est-à-dire
s’hybridant
sur
une zone
unique
du
gé-
nome.
L’utilisation
de
la

radioactivité
et
des
temps
d’exposition
très
longs
constituent
une
limite
supplémentaire
à
l’utilisation
des
marqueurs
RFLP
dans
un
programme
de
sélection
assistée
par
marqueurs
chez
ces
espèces.
Au
contraire,
la

technique
RAPD
est
sim-
ple,
accessible
à
tous
et
extrêmement
effi-
cace
en
termes
de
temps
d’acquisition
des
données
(Kesseli
et
al,
1994 ;
Nelson
et
al.,
1995).
De
plus,
les

marqueurs
RAPD
sont
très
polymorphes
chez
les
espèces
allo-
games
et
leur
nombre
est
illimité
(ta-
bleau
I).
Par
ailleurs,
leur dominance
(Wil-
liams
et
al, 1990 ;
Williams
et
al, 1993)
n’est
pas

un
handicap
pour
les
stratégies
de
car-
tographie
développées
chez
les
arbres
fo-
restiers
(voir
paragraphe
«
Des
stratégies
de
cartographie
efficaces
»).
Nous
esti-
mons
qu’à
raison
de
400

réactions
d’ampli-
fication
PCR
par
jour
la
recherche
préala-
ble
de
polymorphisme
ainsi
que
l’établissement
d’une
carte
génétique
peut
être
réalisée
en
routine
en
deux
mois
et
ce,
par
une

seule
personne.
En
moyenne,
trois
marqueurs
polymorphes
sont
obtenus
par
sonde
oligonucléotidique
(Grattapaglia
et
Sederoff,
1994 ;
Plomion
et
al,
1995a).
La
construction
d’une
carte
saturée
peut
être
entreprise
en
génotypant

une
soixantaine
d’individus
avec
une
centaine
d’amorces
o-
ligonucléotidiques
de
dix
paires
de
bases.
Les
coûts
de
réalisation
d’une
carte
à
l’aide
de
tels
marqueurs
sont
relativement
faibles
(tableau
II).

Environ
80
%
du
coût
est
impu-
table
au
prix
commercial
de
la
Taq
polymé-
rase
(enzyme
utilisé
à
raison
d’une
unité
par
réaction),
les
20
%
restant
sont
répartis

entre
le
prix
des
oligonucléotides,
des
nu-
cléotides
tri-phosphates
A
(adénine),
T
(thymine),
C
(cytosine)
et
G
(guanine),
de
l’agarose
et
de
divers
tampons
de
réaction
et
de
migration.
L’utilisation

d’imprimantes
thermiques
permet
de
limiter
considérable-
ment
le
prix
des
photographies.
Le
prix
d’une
unité
de
Taq
polymérase
est
d’envi-
ron
1
F.
Les
rares
études
comparant
les
coûts
des

techniques
de
marquage
RFLP
et
RAPD
(marqueurs
les
plus
utilisés
pour
la
carto-
graphie
génétique
chez
les
espèces
végé-
tales)
montrent
un
léger
avantage
à
la
pre-
mière
(ex :
Ragot

et
Hoisington,
1993).
Cependant,
ces
études
sont
basées
sur
des
espèces
chez
lesquelles
plusieurs
centaines
de
clones
d’ADNc
ou
d’ADN
gé-
nomique
sont
déjà
disponibles,
comme
chez
le
maïs
(Gradiner

et
al,
1993).
Or,
chez
la
plupart
des
espèces
d’arbres
fores-
tiers,
pratiquement
aucune
information
gé-
nomique
n’est
actuellement
disponible
(banque
d’ADN
ou
de
d’ADNc,
sondes
mo-
léculaires,
séquences
géniques).

Un
nom-
bre
limité
de
sondes
ont
été
développées
récemment
chez
le
pin
taeda
(Devey
et
al,
1994),
le
peuplier
(Bradshaw
et
al,
1994)
et
l’eucalyptus
(Byrne
et
al,
1995).

La mise
en
œuvre
de
la
technique
RAPD,
qui
ne
né-
cessite
aucune
connaissance
a
priori
de
séquences
de
l’ADN,
offre
ainsi
la
possibi-
lité
de
générer
des
cartes
génétiques
rapi-

dement
(Nelson
et
al,
1994)
et
à
faible
coût
chez
de
nombreuses
espèces
végétales.
Arguments
génétiques
et
contraintes
Des
stratégies
de
cartographie
efficaces
Les
populations
généralement
utilisées
pour
la
réalisation

de
cartes
génétiques
chez
les
espèces
végétales
annuelles :
F2,
back-cross,
lignées
recombinantes
(Stu-
ber,
1992),
ne
sont
pas
disponibles
chez
la
plupart
des
espèces
forestières,
à
cause
du
temps
de

génération
et
de
la
dépression
de
consanguinité
quasi
générale
(Soren-
sen
et
Miles,
1982 ;
Griffing
et
Cotterill,
1988 ;
Sniezko
et
Zobel,
1988).
Les
straté-
gies
de
cartographie
génétique
utilisant
des

marqueurs
dominants
(exemple :
RAPD)
qui
ont
été
développées
s’appuient
sur
les
deux
types
de
familles
les
plus
cou-
ramment
rencontrées
dans
les
pro-
grammes
d’amélioration
des
arbres
fores-
tiers :
descendances

de
demi-frères
issues
de
pollinisation
libre
ou
contrôlée
et
des-
cendances
de
plein-frères.
Cartographie
génétique
et
détection
de
QTL
dans
une
famille
de
demi-frères,
utilisant
des
marqueurs
RAPD
Chez
les

espèces
allogames,
la
cartogra-
phie
génétique
ainsi
que
la
détection
de
QTL
à
partir
d’une
famille
de
demi-frères
(famille
HS)
dépend
essentiellement
de
la
possibilité
de
distinguer la

contribution
allé-
lique
maternelle
dans
la
descendance.
Chez
les
végétaux,
la
cartographie
utili-
sant
des
familles
HS
a
d’abord
été
appli-
quée
au
mégagamétophyte
des
gymno-
spermes
(Conkle,
1981),
tissu

de
réserve
haploïde
d’origine
maternelle,
dérivant
par
divisions
méiotiques
puis
mitotiques
de
la
mégaspore.
Chaque
mégagamétophyte
d’un
arbre
porte
l’information
génétique
d’un
unique
événement
de
la
méiose.
Em-
bryon
et

mégagamétophyte
d’une
même
graine
diffèrent
donc
par
la
contribution
ga-
métique
paternelle.
Ainsi,
les
marqueurs
révélés
à
partir
des
mégagamétophytes
d’un
même
arbre
montrent
un
ratio
de
sé-
grégation
1:1.

La
stratégie
de
cartographie
consiste
à
examiner
la
ségrégation
d’un
grand
nombre
de
marqueurs
sur
un
échan-
tillon
de 60
à
100
mégagamétophytes
ex-
traits
des
graines
d’un
même
arbre.
Des

pedigrees
étendus
ne
sont
pas
néces-
saires
et
n’importe
quel
arbre
sexuellement
mature
peut
être
cartographié.
Les
pre-
mières
cartes
de
liaison
ont
été
établies
à
partir
de
ce
tissu

chez
diverses
espèces
de
pins
pour
des
marqueurs
enzymatiques
et
protéiques
(tableau
I).
La
faible
quantité
d’ADN
extraite
d’un
mégagamétophyte
(de
1
à
2
μg),
rend
impossible
la
révélation
de

marqueurs
RFLP
qui
nécessite
une
dizaine
de
microgrammes
d’ADN
pour
une
hybri-
dation
sur
un
génome
aussi
grand
que
celui
des
conifères
(Devey
et
al,
1994).
Inverse-
ment,
cette
quantité

d’ADN
permet
de
réa-
liser
des
centaines
de
réactions
PCR
et
ainsi
de
produire
de
nombreux
marqueurs
RAPD
directement
utilisables
pour
la
car-
tographie
génétique
et
la
détection
de
QTL

(tableau
I).
Le
déterminisme
génétique
es-
sentiellement
dominant
des
marqueurs
RAPD
n’est
pas
limitant
pour
cette
straté-
gie
de
cartographie
équivalente
à
la
straté-
gie
appliquée
à
une
famille
issue

d’un
tes-
tcross.
L’utilisation
de
la
phase
gamétophytique
est
très
pratique
pour
la
réalisation
de
cartes
génétiques.
Cepen-
dant,
le
mégagamétophyte
est
un
tissu
«
temporaire
»
que
l’on
ne

peut
prélever
qu’au
moment
de
la
germination
des
plants.
Son
utilisation
restreint
donc
la
car-
tographie
de
QTL
à
des
familles
jeunes
spécialement
mises
en
place
dans
ce
but.
L’utilisation

de
la
phase
sporophytique
est
cependant
essentielle
car
le
génotypage
d’individus
adultes
existant
dans
les
tests
de
descendances
permettra
d’utiliser
di-
rectement
l’information
des
marqueurs
pour
la
sélection
de
caractères

d’intérêt
é-
conomique.
La
cartographie
de
marqueurs
RAPD
peut
être
réalisée
à
partir
d’une
famille
de
demi-frères
sur
matériel
diploïde.
Cette
stratégie
également
analogue
à
un
test-
cross
est
applicable

chez
les
gymno-
spermes
comme
chez
les
angiospermes.
Elle
est
basée
sur
l’hypothèse
de
l’exis-
tence
d’allèles
rares
présents
à
l’état
hété-
rozygote
chez
la
mère
et
à
une
très

faible
fréquence,
voir
nulle
dans
le
mélange
pol-
linique.
Les
marqueurs
ayant
de
tels
allèles
ségrégeront
par
conséquent
de
façon
qua-
si
mendélienne
dans
la
descendance
de
demi-frères,
dans
des

proportions
voisines
du
ratio
1:1.
La
technique
RAPD
très
sen-
sible
au
changement
d’un
seul
nucléotide
offre
la
possibilité
de
rechercher
rapide-
ment
de
nombreux
marqueurs
informatifs
vérifiant
la
présence

d’allèles
rares
chez
la
mère
et
permettant
aussi
l’identification
de
cet
allèle
maternel
dans
la
descendance
(Grattapaglia
et
al,
1996).
Paradoxale-
ment,
le
fait
que
les
marqueurs
RAPD
soient
dominants,

et
ne
détectent
donc
qu’un
seul
allèle
à
un
locus,
facilite
l’appa-
rition
de
telles
configurations,
car
le
géno-
type
nul
des
pères
correspond
à
des
allèles
non
détectés
au

locus
RAPD.
Des
simula-
tions
réalisées
avec
des
marqueurs
domi-
nants
et
codominants
ont
montré
que,
pour
des
allèles
ayant
une
fréquence
inférieure
ou
égale
à
0,2
dans
le
mélange

pollinique,
les
marqueurs
présentent
des
distortions
de
ségrégation
compatibles
avec
la
carto-
graphie
de
marqueurs
et
de
QTL
(Liu
et
al,
1993).
Chez
les
animaux
une
approche
identique
a
été

développée
avec
des
mar-
queurs
microsatellites
(Haley,
1991).
Pour
l’analyse
des
QTL,
seule
la
contri-
bution
femelle
de
la
descendance
de
demi-
frères
est
prise
en
compte.
La
coségréga-
tion

entre
marqueurs
et
caractères
quantitatifs
aboutit
à
la
détection
de
QTL
dans
un
fond
génétique
constitué
d’un
mé-
lange
de
parents
mâles.
Cette
stratégie
a
été
utilisée
chez
les
animaux

par
Beever
et
al
(1990)
et
chez
les
plantes
par
Grattapa-
glia
et
al
(1996).
Soit
un
QTL
multiallélique
(Q
i
),
la
valeur
du
QTL
associée
aux
allèles
maternels

des
deux
génotypes
au
mar-
queur
représente
un
effet
de
substitution
allélique
(Q1
par
rapport
à
Q2)
moyenné
sur
tous
les
allèles
(Q
i)
du
pool
pollinique.
Cette
stratégie
permet

de
détecter
des
QTL
qui
ont
une
valeur
relative
à
la
population
de
référence
qui
a
servi
pour
le
polycross.
Le
choix
du
polycross
déterminera
la
géné-
ralisation
de
ces

QTL
à
l’ensemble
de
la
population.
L’analyse
aboutit
à
l’estimation
de
la
valeur
d’aptitude
générale
à
la
com-
binaison
(effet additif)
des
allèles
au
QTL
pour
le
parent
femelle.
La
principale

limitation
de
cette
technique
reste
le
nombre
de
demi-frères
à
génotyper
pour
atteindre
une
puissance
de
détection
de
QTL
satisfaisante.
En
utilisant
la
mé-
thode
du
maximum
de
vraisemblance,
Ha-

ley
(1991)
estime
qu’une
puissance
statis-
tique
de
0,67
devrait
être
atteinte
avec
un
effectif
de
n
=
400
individus,
une
erreur
de
type
I
α
=
0,001,
un
écart

phénotypique
0,5
σ
entre
les
deux
groupes
de
demi-frères
portant
des
allèles
alternatifs
au
marqueur
et
une
distance
&thetas;
=
10
cM
entre
le
marqueur
et
le
QTL.
Pour
un

effet
de
0,25
σ,
une
puis-
sance
maximale
de
0,24
serait atteinte
avec
une
densité
infinie
de
marqueurs
(&thetas; =
0 cM).
Weller
et
al
(1990)
ont
pour
leur
part
estimé
que
la

détection
de
QTL
ayant
un
effet
de
0,3
σ
nécessitait
de
1
000
à
2
000
descendants.
Ils
ont
proposé
une
stratégie
de
détection
de
QTL
chez
les
ani-
maux,

basée
sur
des
pedigrees
à
trois
gé-
nérations,
et
ont
montré
qu’une
puissance
satisfaisante
pouvait
être
atteinte
avec
un
effectif
moindre.
Cependant,
chez
les
ar-
bres
forestiers
les
pedigrees
à

trois
géné-
rations
sont
rares.
La
sélection
est
basée
sur
des
pedigrees
à
deux
générations
avec
des
effectifs
généralement
inférieurs
à
100
individus.
Ainsi,
la
détection
de
QTL
à
partir

d’une
famille
de
demi-frères
apparaît
limitée
car
elle
nécessiterait
des
effectifs
importants
(>
500
individus),
rarement
ren-
contrés
dans
les
familles
mises
en
test.
Cartographie
génétique
et
détection
de
QTL

dans
une
famille
de
plein-frères,
utilisant
des
marqueurs
RAPD
Le
principe
de
la
cartographie
de
mar-
queurs
RAPD
à
partir
d’une
descendance
de
plein-frères
est
le
suivant :
si
l’un
des

parents
d’un
croisement
contrôlé
est
hété-
rozygote
pour
un
marqueur
donné
alors
que
l’autre
parent
est
homozygote
nul
pour
ce
même
marqueur,
la
descendance
hy-
bride
ségrégera
comme
dans
un

testcross,
dans
les
proportions
mendéliennes
1:1
pour
un
tel
marqueur
(Carlson
et
al,
1991
).
Cette
stratégie
peut
s’appliquer
simultané-
ment
à
chacun
des
deux
parents,
elle
est
appelée
«

double
pseudo-testcross
»
(Grattapaglia
et
Sederoff,
1994 ;
Echt
et
al,
1994).
L’avantage
des
marqueurs
RAPD
réside
dans
l’opportunité
de
cribler
une
quantité
importante
d’amorces
oligonu-
cléotidiques
pour
révéler de tels
marqueurs
informatifs.

Le
niveau
d’hétérozygotie
gé-
néralement
très
élevé
chez
la
plupart
des
espèces
forestières
permet
de
retrouver
maintes
fois
de
telles
configurations.
Les
mêmes
amorces
oligonucléotidiques
per-
mettent
de
réveler
du

polymorphisme
chez
les
deux
parents
et,
finalement,
deux
cartes
génétiques
distinctes
pour
les
deux
parents
peuvent
être
établies.
La
fusion
des
deux
cartes
peut
être
envisagée
lors-
que
des
marqueurs

hétérozygotes
ont
été
identifiés
chez
les
deux
parents.
Ces
mar-
queurs
ségrègent
dans
les
proportions
mendéliennes
3:1
dans
la
famille
hybride
et
peuvent
servir
de
jalons
communs
pour
l’établissement
d’une

carte
consensus
(Cai
et
al,
1994).
Cependant,
la
fonction
d’infor-
mation
(Allard,
1956)
entre
couples
de
mar-
queurs
ségrégeant
dans
des
proportions
1:1
et
3:1
est
faible
(Ritter
et
al,

1990).
Si
la
fusion
des
deux
cartes
est
vraiment
recher-
chée
l’utilisation
de
marqueurs
multialléli-
ques
(type
RFLP
ou
microsatellites)
ségré-
geant
1:1:1:
1 dans
la
descendance
hybride
sera
plus
puissante

(van
Eck
et
al,
1994).
L’analyse
des
QTL
par
la
stratégie
du
« double
pseudo-testcross
»
est
égale-
ment
analogue
à
l’analyse
des
QTL
dans
un
testcross.
Deux
analyses
sont
réalisées

séparément
pour
chacun
des
deux
parents
et
des
QTL
spécifiques,
ayant
une
valeur
relative
au
croisement
réalisé,
peuvent
être
détectés
(Grattapaglia
et
al,
1995).
L’effet
de
substitution
allélique
(modification
de

la
valeur
du
génotype
entraînée
par
le
rem-
placement
d’un
allèle
par
un
autre,
face
à
des
allèles
inconnus)
est
alors
déterminé
pour
chaque
QTL.
Il
inclut
des
effets
addi-

tifs
et
de
dominance,
sur
la
base
du
modèle
génétique
(Leonards-Schippers
et
al,
1994).
En
effet,
soit
un
QTL
multiallélique
(Q
iQj)
lié
à
un
marqueur
RAPD
(Mm) ;
si
le

génotype
au
QTL
lié
au
marqueur
est
Q1Q2
chez
un
parent
et
Q3Q4
chez
l’autre
parent,
on
testera
la
différence
entre
la
valeur
moyenne
du
caractère
des
individus
[Q
1Q3

+Q
1Q4]
portant
l’allèle
M
au
mar-
queur,
par
rapport
à
la
valeur
moyenne
du
caractère
des
individus
[Q
2Q3
+Q
2Q4]
por-
teur
de
l’allèle
nul,
m,
au
marqueur ;

et
vice
versa
pour
l’autre
parent.
Les
deux
stratégies
que
nous
venons
de
décrire
s’appuient
sur
des
pedigrees
à
deux
générations
et
sont
applicables
dans
la
plupart
des
programmes
de

sélection.
Cependant,
la
SAM
intrafamille
s’oriente
plutôt
vers
l’utilisation
de
familles
de
plein-
frères.
En
effet,
d’une
part
les
QTL
sont
sta-
tistiquement
plus
faciles
à
détecter
que
dans
des

familles
de
demi-frères
car
ils
in-
cluent
des
composantes
additive
et
de
do-
minance,
et
d’autre
part
la
stratégie
«
dou-
ble-pseudo
testcross
»
ne
nécessite
pas
le
criblage
systématique

d’allèles
rares.
L’i-
dentification
des
QTL
spécifiques
constitue
une
première
étape
de
la
SAM
intrafamille
de
plein-frères.
Nous
verrons
dans
le
para-
graphe
«
Recherche
des
génotypes
trans-
gressifs
dans

des
familles
de
plein-frères,
combinée
à
la
multiplication
clonale
»
que
ces
QTL
spécifiques
peuvent
être
valorisés
directement
dans
le
cadre
de
la
création
de
variétés
clonales.
Cependant,
l’utilisation
des

QTL
spécifiques
dans
un
programme
de
sélection
nécessitera
de
tester
dans
un
deuxième
temps
leur
valeur
générale
sur
la
population
d’amélioration.
Nous
verrons
comment
ceci
est
possible
en
utilisant
des

familles
polycross
dans
le
paragraphe
«
Méthodologie
de
la
sélection
intrafamille
assistée
par
marqueurs
».
Des
caractères
cibles
à
héritabilité
faible
à
moyenne
La
sélection
des
individus
candidats
à
la

sélection
se
fait
généralement
de
façon
multicaractère
par
le
calcul
d’un
index
de
sélection
combiné
«
individu-famille
».
Dans
le
cas
du
pin
maritime,
environ
la
moi-
tié
des
familles

sont
retenues
et
les
trois
à
cinq
meilleurs
index
par
famille
sont
sélec-
tionnés
de
manière
à
conserver
une
varia-
bilité
génétique
suffisante.
La
plupart
des
caractères
économiquement
importants
pris

en
compte
dans
les
index
de
sélection
sont
des
caractères
complexes
à
héritabi-
lité
(sensus
stricto)
faible
à
moyenne
(Zo-
bel
et Talbert,
1984 ;
Cornelius,
1993 ;
Kre-
mer,
1994),
généralement
variant

de
0,10
à
0,40.
Le
déterminisme
génétique
de
ces
caractères
est
souvent
considéré
comme
polygénique
avec
un
fort
effet
du
milieu.
Le
choix
des
meilleurs
index
intrafamille
ne
garantit
donc

pas
la
sélection
des
meilleurs
individus
à
l’intérieur
de
ces
familles.
Des
méthodes
visant
à
améliorer
l’efficacité
de
cette
sélection
intrafamille
sont
donc
à
re-
chercher.
L’évaluation
plus précise
des
gé-

notypes
peut
faire
appel
à
l’étude
des
effets
microenvironnementaux
(Pichot,
1993),
et
des
effets
de
compétition
sur
l’expression
des
caractères.
D’autre
part,
les
résultats
récents
provenant
principalement
d’études
menées
sur

les
espèces
de
grande
culture
suggèrent
que
les
caractères
quantitatifs
seraient
principalement
contrôlés
par
peu
de
gènes
(revu
par
Stuber,
1992
et
Dudley,
1993),
et
que
ces
gènes
n’ont
pas

un
effet
de
même
amplitude.
Les
résultats
expéri-
mentaux
obtenus
mettent
en
évidence
une
distribution
«
en
L
»
de
l’effet
des
QTL
(peu
de
gènes
à
effets
forts
et

beaucoup
de
gènes
à
effets
faibles,
Shrimpton
et
Robert-
son,
1988).
Des
méthodes
de
sélection
ba-
sées
sur
le
calcul
d’indices
de
sélection
prenant
en
compte
les
marqueurs
ont
été

récemment
développées
(Liu
et
Hayes,
1993 ;
Liu
et
al,
1994).
Elles
tiennent
compte
des
acquis
des
dernières
années
concernant
le
contrôle
génétique
des
ca-
ractères
quantitatifs.
Des
simulations
mon-
trent

que,
pour
toute
une
série
de
condi-
tions
expérimentales
(densité
de
la
carte
génétique,
héritabilité
du
caractère,
inten-
sité
de
sélection,
nombre
et
effet
de
chaque
QTL,
taille
de
la

population),
la
SAM
est
plus
efficace
que
la
sélection
basée
sur
la
seule
information
du
phénotype
(BH
Liu,
communication
personnelle).
Lorsque
l’hé-
ritabilité
au sens
strict
est
comprise
entre
0,2
et

0,4,
ce
qui
est
fréquemment
le
cas
chez
les
espèces
forestières
surtout
pour
les
caractères
de
croissance
(Cornelius,
1993),
une
sélection
combinant
l’informa-
tion
phénotypique
et
marqueurs
molécu-
laires
devrait

être
efficace
(Stuber,
1989 ;
Paterson
et
al,
1991 ;
Lande
et Thompson,
1990 ;
Strauss
et
al,
1992),
surtout
dans
le
cas
d’une
sélection
multicaractère.
Cepen-
dant,
pour
des
héritabilités
trop
faibles,
l’ef-

ficacité
de
la SAM
peut
devenir
comparable
à
celle
de
la
sélection
basée
sur
le
phéno-
type
du
fait
de
la
mauvaise
précision
de
l’estimation
des
effets
aux
QTL.
Effectifs
nécessaires

pour
la
SAM
intrafamille
Notre
objectif
principal
est
d’utiliser
les
marqueurs
pour
la
sélection
intrafamille,
sur
des
pedigrees
adultes
actuellement
en
place
dans
les
tests
de
descendances.
Or,
la
puissance

de
détection
de
QTL
dépend
surtout
du
nombre
d’individus
génotypés,
du
type
de
population
utilisée,
de
la
préci-
sion
apportée
aux
mesures
des
caractères
quantitatifs
et
de
l’effet
des
QTL

qui
ségrè-
gent
dans
la
population.
En
revanche,
elle
est
faiblement
fonction
de
la
densité
de
marquage
de
la
carte
génétique
(Darvasi
et
al,
1993).
Il
apparaît
donc
clairement
qu’un

des
premiers
critères
d’application
de
la
SAM
intrafamille
concerne
l’effectif
des
descendances
présentes
sur
le
terrain.
Strauss
et
al
(1992)
ont
estimé
qu’environ
200
individus
plein-frères
permettaient
de
détecter
la

moitié
de
la
variance
additive
avec
une
erreur
de
type
I de
1
%
lorsque
l’héritabilité
(sensu
stricto)
du
caractère
est
de
0,5
et
que
cinq
QTL
contrôlent
le
carac-
tère

quantitatif.
Des
héritabilités
de
0,5
sont
rarement
rencontrées
(sauf
par
exemple
pour
l’infradensité
du
bois,
Cornelius,
1993).
Ainsi,
un
effectif
de
200
individus
doit
être
considéré
comme
une
limite
infé-

rieure
sauf
dans
le
cas
où
l’on
dispose
de
copies
clonales
des
individus.
Bradshaw
et
Foster
(1992)
ont
montré
l’intérêt
d’utiliser
de
telles
répétitions
clonales
surtout
lors-
que
l’héritabilité
du

caractère
est
faible.
Knapp
et
Bridges
(1990)
ont
par
ailleurs
montré
que,
si
toute
la
variance
génétique
additive
était
expliquée
par
les
marqueurs,
disposer
d’une
seule
répétition
clonale
per-
mettait

d’augmenter
la
puissance
statisti-
que
de
détection
d’une
quantité
équiva-
lente
à
celle
obtenue
si
on
avait
doublé
l’ef-
fectif
de
la
population
d’origine.
L’instabilité
des
associations
marqueurs-QTL :
un
frein

potentiel
à
l’application
de
la
SAM
chez
les
arbres
forestiers
Stabilité
des
associations
marqueurs-QTL
vis-à-vis
du
milieu
Le
manque
de
stabilité
des
associations
marqueurs-QTL
selon
l’environnement
a
été
observé
chez

les
plantes
annuelles
de
grande
culture
(Paterson
et
al,
1991 ;
Hayes
et
al,
1993).
Trois
cas
d’interaction
QTL
x
milieu
peuvent
être
rencontrés :
i)
QTL
spécifiques
à
certains
environne-
ments ;

ii)
changement
de
l’effet
des
mêmes
QTL
selon
le
milieu
(effet
d’é-
chelle) ;
iii)
expression
opposée
d’allèles
favorables
aux
QTL
dans
des
milieux
diffé-
rents.
Le
troisième
cas
correspond
à

un
changement
de
rang
des
performances
des
génotypes.
Il
devrait
constituer
l’aspect
le
plus
limitant
de
la
SAM.
Si
l’importance
des
interactions
QTL
x
milieu
était
confir-
mée,
elle
obligerait

à
une
certaine
pru-
dence
dans
l’utilisation
des
marqueurs
mo-
léculaires
et
notamment
pour
l’extrapolation
de
résultats
obtenus
en un
lieu.
Cependant,
il
convient
de
noter
que
le
problème
de
l’instabilité

des
performances
prédites
par
les
génotypes
aux
marqueurs
n’est
pas
uniquement
réservé
à
la
SAM.
Il
est
en
effet
à
prendre
en
considération
dans
toutes
formes
de
sélection
artificielle,
et

le
développement
de
variétés
adaptées
à
différents
environnements
entraîne
tou-
jours
des
coûts
techniques
et
financiers
supplémentaires.
Stabilité
des
associations
marqueurs-QTL
selon
le
stade
de
développement
L’application
potentielle
la
plus

attirante
des
marqueurs
moléculaires
concerne
cer-
tainement
leur
utilisation
pour
la
sélection
précoce.
Or,
chez
les
espèces
longévives
comme
les
arbres
forestiers,
une
des
causes
possibles
du
manque
de
corréla-

tion
juvénile-adulte
pour
les
caractères
liés
à
la
croissance
pourrait
résulter
d’un
chan-
gement
du
contrôle
génétique
des
carac-
tères
au
cours
du
temps
(Greenwood
et
al,
1989 ;
Kremer
et

al,
1991).
L’étude
des
in-
teractions
QTL
x
âge
est
donc
une
étape
clé
pour
évaluer
le
potentiel
d’application
de
la
sélection
précoce
assistée
par
marqueurs.
À
l’heure
actuelle,
trop

peu
de
résultats
(Plo-
mion,
1995)
permettent
de
donner
une
ré-
ponse
à
ce
problème.
L’enjeu
est
primordial,
car
des
gains
génétiques
très
importants
par
unité
de
temps
pourraient
en

résulter.
Stabilité
des
associations
marqueurs-QTL
selon
le
fond
génétique
Des
résultats
préliminaires
d’études
me-
nées
chez
le
maïs
et
la
tomate
montrent
que
l’expression
des
QTL
ne
serait
pas
constante

selon
les
descendances
dans
lesquelles
elle
a
été
recherchée
(Beavis
et
al,
1991 ;
Tanksley
et
Hewitt,
1988 ;
Graef
et
al,
1989 ;
Stuber,
1989).
Il
n’est
pas
pos-
sible
de
savoir

a
priori
si
un
QTL
détecté
dans
une
famille
particulière
correspond
à
un
événement
rare
ou
pourra
être
retrouvé
dans
d’autres
contextes
génétiques
(Ed-
wards,
1992).
L’importance
de
ce
résultat

est
étroitement
liée
à
la
recherche
et
à
l’ex-
ploitation
en
sélection
de
QTL
identifiables
chez
tous
les
individus
de
la
population
d’a-
mélioration.
En
revanche,
la
non
stabilité
des

associations
marqueurs-QTL
selon
le
fond
génétique
n’apparaît
pas
comme
une
limitation
dans
la
stratégie
de
SAM
intrafa-
mille
telle
que
nous
la
développons
ici.
Utilisation
des
marqueurs
moléculaires
dans
le

programme
d’amélioration
du
pin
maritime
et
de
l’eucalyptus
Dans
le
premier
exemple
(pin
maritime),
nous
envisageons
l’utilisation
des
mar-
queurs
moléculaires
comme
information
complémentaire
à
la
mesure
d’un
carac-
tère

quantitatif
d’intérêt
économique,
pour
estimer
la
valeur
génotypique
des
individus
candidats
à
la
sélection
(Gallais,
1993).
Dans
le
deuxième
exemple
(eucalyptus),
nous
montrons
comment
les
marqueurs
pourraient
être
utilisés
d’une

part
pour
obtenir
une
meilleure
estimation
de
la
pré-
diction
de
la vigueur
hybride,
et d’autre
part
pour
sélectionner
de
bons
génotypes
dans
des
familles
de
plein-frères
pour la création
variétale
par
multiplication
clonale.

Dans
ces
deux
espèces,
l’utilisation
des
mar-
queurs
et
l’identification
de
QTL
est
envisa-
gée
pour
obtenir
une
meilleure
estimation
sur la prédiction
de
la
valeur
génétique
d’un
individu
issu
d’une
famille

de
plein-frères.
Nous
considérons
notamment
les
gains
génétiques
et
les
coûts
d’une
telle
ap-
proche.
Intégration
de
la
sélection
intrafamille
assistée
par
marqueurs
dans
le
schéma
de
sélection
du
pin

maritime
Évolution
du
schéma
de
sélection
Le
pin
maritime
fait
actuellement
l’objet
d’un
programme
d’amélioration
selon
un
schéma
de
sélection
récurrente,
associant
l’élimination
de
certaines
familles
et
la
sé-
lection

des
index
multicaractères
les
plus
élevés
dans
les
meilleures
familles
(Durel,
1990).
Au
début
des
années
1960,
des
sé-
lections
phénotypiques
d’arbres
«
plus
»
en
forêt
ont
permis
de

constituer
la
popula-
tion
de base
(génération
G0
comportant
550
géniteurs)
du
programme
d’améliora-
tion
génétique
(Illy,
1966).
Des
tests
de
descendances
ont
alors
été
mis
en
place
afin
d’évaluer
les

performances
des
arbres
sélectionnés
et
environ
1
100
individus
G1
constituant
la
deuxième
population
d’amé-
lioration
ont
été
sélectionnés
au
cours
des
années
1980.
Les
géniteurs
G2
de
troi-
sième

génération
sont
en
cours
de
sélec-
tion
(Durel,
1992).
L’effectif
de
la
population
d’amélioration
de
deuxième
génération
(1
100
individus
G1)
est
très
lourd
à
gérer
même
dans
le
cadre

d’une
coopération
avec
des
orga-
nismes
extérieurs.
Par
ailleurs,
malgré
un
nombre
important
d’individus,
la
base
gé-
nétique
de
la
population
G1
reste
faible
puisque
seulement
350
mères
G0
ont

réél-
lement
été
impliquées
dans
les
croise-
ments.
Il
y
a
donc
des
risques
certains
d’ap-
parentement
dans
les
générations
suivantes
si
l’on
poursuit
le
schéma
récur-
rent.
À
court

terme,
il
est
donc
souhaitable
que
le
schéma
de
sélection
soit
réorganisé.
L’utilisation
de
populations
élites
compo-
sées
de
quelques
individus
très
sélection-
nés
alimentées
régulièrement
par
la
popu-
lation

d’amélioration
principale,
elle-même
subdivisée
en
sous-populations
non
appa-
rentées,
a
récemment
été
proposé
pour
re-
structurer
les
programmes
de
sélection
d’arbres
forestiers
les
plus
avancés
(McKeand
et
Bridgwater, 1992 ;
White
et

al,
1993).
Les
populations
élites
ainsi
que
les
meilleurs
individus
de
la
population
princi-
pale
font
l’objet
de
croisements
plus
nom-
breux
et
d’une
sélection
plus
intense
que
le
reste

de
la
population
d’amélioration,
vi-
sant
à
obtenir
un
gain
génétique
rapide
di-
rectement
utilisable
par
les
sylviculteurs.
Le
reste
de
la
population
constitue,
quant
à
lui,
la
garantie
d’une

base
génétique
large.
Intégration
des
marqueurs
moléculaires
dans
le
cadre
de
la
réorganisation
du
schéma
d’amélioration
Dans
ce
contexte
d’une
restructuration
du
schéma
d’amélioration
du
pin
maritime,
nous
pouvons
envisager

l’utilisation
des
marqueurs
moléculaires
comme
caractère
associé
au
phénotype
pour
améliorer
la
sé-
lection
individuelle
(sélection
intrafamille
analogue
à
une
sélection
massale
multica-
ractère
dans
les
familles
retenues
après
l’é-

tape
de
sélection
familiale).
Les
marqueurs
pourraient
être
utilisés
à
deux
niveaux :
—
Dès
à
présent
pour
constituer
les
popu-
lations
élites.
La
sélection
des
individus
G1
et
G2
de

la
seconde
et
de
la
troisième
po-
pulation
d’amélioration
(Baradat
et
Pastuz-
ka,
1992)
a
été
réalisée
entre
8
et
10
ans
dans
des
tests
de
descendance
(familles
«
open

» issues
de
la
pollinisation
libre
en
forêt
et
familles
de
plein-frères).
L’âge
de
cette
sélection
a
depuis
peu
été
réévalué
à
la
hausse
(≥
12
ans,
Kremer,
1992 ;
Dan-
jon,

1994)
et
les
pondérations
des
carac-
tères
cibles
de
la
sélection
ont
évolué,
met-
tant
de
plus
en
plus
l’accent
sur
la
qualité
(rectitude
du
fût,
branchaison,
infradensité
du
bois).

Ainsi,
les
individus
G1
et
G2
se-
ront
prochainement
l’objet
d’une
nouvelle
sélection
dans
les
tests
d’au
moins
12
ans.
Ceci
devrait
permettre
de
garantir
le
maxi-
mum
de
gain

génétique
pour
les
variétés
futures
et
d’accroître
le
niveau
global
de
ces
deux
populations
d’amélioration.
Dans
ce
cadre,
pour
les
familles
possédant
de
grands
effectifs,
les
marqueurs
pourraient
être
intégrés

dans
un
index
de
sélection
combiné
avec
les
caractères
phénotypi-
ques,
afin
de
garantir
le
choix
optimal
des
futurs
géniteurs
qui
pourraient
constituer
les
populations
élites.
—
Dans
le
futur,

le
repérage
des
meilleurs
individus
sur
la
base
d’une
information
combinant
le
phénotype
et
les
marqueurs
pourrait
être
entrepris
dans
les
meilleures
familles
de
plein-frères
à
l’intérieur
des
sous-populations
constituants

la
popula-
tion
principale.
Les
bons
recombinants
ain-
si
identifiés
pourraient
alors
être
utilisés
pour
réalimenter
les
populations
élites
ainsi
que
pour
reconstituer
les
sous-populations
de
la
génération
suivante.
D’autre

part,
l’utilisation
des
marqueurs
pourrait
être
encore
plus
développée
dans
le
cadre
de
la
création
de
variétés
de
pin
maritime
«
à
la
carte
» (variétés
«
vi-
gueur
»,
«

rectitude
»,
«
résistance
à
la
sé-
cheresse
»),
optimisées
pour
des
utilisa-
tions
particulières
et
produites
dans
des
vergers
à
graines
spécialisés.
En
effet,
la
SAM
pourrait
permettre
d’augmenter

la
fré-
quence
des
allèles
favorables
aux
QTL
pour
un
caractère
donné,
rendant
la
sélec-
tion
plus
intense
sur
un
caractère
économi-
quement
intéressant
et
à
faible
héritabilité
(l’écart
à

la
verticalité
basale
par
exemple).
Il
convient
également
de
noter que
les
allèles
au
QTL
ayant
une
fréquence
faible
dans
la
population
ainsi
qu’un
effet
favorable,
de-
vraient
être
les
plus

intéressantes
pour
ac-
croître
la
valeur
moyenne
de
la
population
d’amélioration
(Plomion
et
Durel,
1996).
Méthodologie
de
la
sélection
intrafamille
assistée
par
marqueurs
L’utilisation
des
marqueurs
RAPD
pour
la
sélection

intrafamille
et/ou
la
recherche
des
bons
recombinants
basée
sur
les
mar-
queurs
moléculaires,
ainsi
que
la
valori-
sation
de
la
sélection
en
termes
de
création
variétale,
peut
s’envisager
selon
un

sché-
ma
en
six
étapes
présenté
à
la
figure
1 :
—
Étape
1 :
Les
familles
de
plein-frères
(FS)
candidates
à
la
SAM
intrafamille
doivent
d’abord
passer
par
un
triple
crible.

Primo,
comme
nous
l’avons
indiqué
précédem-
ment,
ces
familles
doivent
avoir
un
effectif
suffisant
(≥
200
individus).
Secondo,
ces
familles
doivent
avoir
atteint
l’âge
de
la
sé-
lection
(12
à

15
ans).
Tertio,
les
parents
doivent
avoir
aussi
été testés
en
polycross
(voir
étape
4).
Dans
l’état
actuel
du
pro-
gramme
d’amélioration,
certaines
familles
G1
et
G2
répondent
à
ces
deux

critères.
—
Étape
2 :
Construction
de
cartes
généti-
ques
à
l’aide
de
la
stratégie
du
«
double
pseudo-testcross
»
pour
les
parents
impli-
qués
dans
les
familles
FS
choisies
dans

la
première
étape.
Un
échantillon
de
60
des-
cendants
permet
une
bonne
estimation
des
taux
de
recombinaison.
Les
marqueurs
RAPD
seraient
privilégiés
pour
les
raisons
indiquées
précédemment.
—
Étape
3 :

Établissement
des
associations
marqueurs-QTL
spécifiques
pour
les
ca-
ractères
mesurés
dans
les
tests.
Les
des-
cendances
devront
être
génotypées
pour
un
sous-ensemble
de
marqueurs
répartis
environ
tous
les
20
cM

sur
la
carte
généti-
que.
Un
nombre
relativement
important
d’individus
devrait
être
génotypé
dans
cha-
que
famille
(au
moins
200
descendants),
afin
de
détecter
la
plupart
des
QTL
avec
une

puissance
statistique
suffisante
(Dar-
vasi et al,
1993)
—
Étape
4 :
Recherche
de
la
valeur
géné-
rale
des
QTL
spécifiques.
Chaque
parent
(P1
et
P2)
d’une
famille
FS
doit
être
impli-
qué

dans
une
famille
de
demi-frères.
En
effet,
la
stratégie
de
détection
de
QTL
à
partir
d’une
famille
FS
aboutit
à
la
localisa-
tion
de
QTL
«
spécifiques
»
à cette
famille.

Afin
que
ces
QTL
puissent
être
utilisables
en
sélection,
il
convient
de
rechercher
leur
valeur
générale.
La
valeur
additive
des
QTL
spécifiques
en
situation
hétérozygote
chez
l’un
des
parents
peut

être
testée
grâce
aux
familles
polycross
réalisées
sur
P1
et
P2.
De
façon
générale,
si
l’on
sup-
pose
qu’il
y
a
équilibre
de
liaison
entre
les
allèles
des
marqueurs
bordant

le
QTL
et
les
allèles
du
QTL
dans
le
mélange
pollinique,
le
polycross
faisant
intervenir
le
parent
chez
lequel
les
marqueurs
sont
homozy-
gotes
nuls
permet
de
calculer
les
fré-

quences
alléliques
des
marqueurs
bordant
le
QTL.
L’autre
polycross
faisant
intervenir
le
parent
chez
lequel
les
marqueurs
sont
à
l’état
hétérozygote
permet
de
tester
la
va-
leur
additive
des
QTL

«
spécifiques
»
connaissant
la
fréquence
des
marqueurs
bordants
(Plomion
et
Durel,
1996).
—
Étape
5 :
À
l’intérieur
des
familles
FS,
une
sélection
sur
index
combinant
l’infor-
mation
des
associations

marqueurs-QTL
généraux
et
celles
des
mesures
phénoty-
piques
permettrait
de
retenir
les
deux
ou
trois
meilleurs
génotypes
par
famille
qui
constitueront
la
population
d’amélioration
de
la
génération
suivante
(sous-popula-
tions

ou
élites).
II
serait
alors
nécessaire
de
disposer
d’effectifs
importants
(au
moins
200
individus)
au
sein
de
ces
familles
FS,
non
plus
pour
des
questions
de
puissance
de
test
statistique,

mais
afin
d’accroître
l’in-
tensité
de
sélection.
Dans
le
cas
où
l’on
considère
plutôt
la
recherche
des
meilleurs
recombinants,
un
fort
effectif
sera
également
souhaitable
afin
d’augmenter
la
probabilité
de

détecter
les
quelques
génotypes
recombinants
ayant
le
profil
voulu
aux
marqueurs
bordant
les
QTL
généraux.
En
effet,
compte
tenu
de
cet
ef-
fectif
(200
descendants
au
minimum),
nous
pouvons
déterminer

la
probabilité
de
trou-
ver
au
moins
un
individu
portant
les
QTA
(Quantitative
trait alleles)
favorables
parmi
les
individus
présentant
les
allèles
intéres-
sants
aux
marqueurs
bordant.
Nous
consi-
dérons,
pour

le
calcul
de
cette
probabilité,
que
les
QTL
sont
indépendants
(situés
sur
des
chromosomes
différents
ou
séparés
par
un
taux
de
recombinaison
d’au
moins
50
cM,
s’ils
sont
situés
sur

le
même
chro-
mosome).
La
probabilité
d’obtenir
un
indi-
vidu
portant
un
nombre
N
de
QTA
favora-
bles
dépend
de
la
taille
des
fragments
contenant
les
QTL
et
elle
est

simplement
égale
au
produit
des
probabilités
indivi-
duelles.
Si
nous
faisons
l’hypothèse
que
le
segment
chromosomique
intéressant
contient
deux
intervalles
de
longueur
r1
et
r2,
cette
probabilité
est
égale
à :

p
=
[0,5
x
(1-r
1)
x
(1-r
2
)]
N.
Les
phases
de
liaison
des
marqueurs
bordants
le
QTA
sont
connues
et
n’interviennent
pas
dans
le
calcul
de
cette

probabilité.
Nous
présentons
au
ta-
bleau
III
les
valeurs
de
p
pour
des
inter-
valles
de
confiance
de
20
et
40
cM
autour
de
la
position
la
plus
probable
du

QTL,
cor-
respondant
respectivement
à
des
cartes
génétiques
de
densité
moyennes
de
10
et
20
cM.
Le
cas
le
plus
vraisemblable
corre-
spond
à
un
intervalle
de
confiance
de
40

cM.
C’est
le
niveau
de
précision
générale-
ment
obtenu
avec
les
effectifs
utilisés,
des
effets
de
substitution
standardisés
égaux
à
0,5*σ,
une
erreur
de
type
I de
1
%
et
une

puissance
de
détection
de 60
%
(Mangin,
communication
personnelle).
Dans
ce
cas,
un
effectif
de
200
individus
est
une
limite
inférieure
pour
espérer
trouver
un
géno-
type
cumulant
4
à
5

QTA favorables
en
une
génération.
Si
l’on
recherche
une
combi-
naison
de bons
QTA
pour
deux
caractères
à
la
fois,
la
probabilité
d’obtenir
un recom-
binant
favorable
à
plus
de
cinq
QTL
est

proche
de
0
(tableau
III)
mais
la
SAM
res-
tera
toujours plus
efficace
que
la
sélection
massale
(Lande
et
Thompson,
1990).
—
Étape
6 :
La
sortie
variétale
pourrait
être
réalisée
en

verger
à
graines
d’équivalent-
clones
(Baradat,
1987)
qui
permettent
une
diffusion
du
progrès
génétique
basée
sur
les
meilleurs
descendants
des
clones
élites.
Ce
type
de
verger
polycross
réalise
un
rapport

performances/coût
très
supé-
rieur
à
celui
des
vergers
de
clones
d’indivi-
dus
élites.
Une
trentaine
de
génotypes
sé-
lectionnés
dans
une
trentaine
de
familles
non
apparentées
semble
correspondre
à
un

optimum
permettant
de
minimiser
l’effet
défavorable
des
croisements
entre
appa-
rentés
dans
la
variété
améliorée
(Baradat,
1987).
La
sortie
variétale
pourrait
égale-
ment
être
réalisée
en
verger
à
graines
de

pollinisations
contrôlées
(Alazard,
1992 ;
Carson
et
al,
1992).
Stabilité
des
associations
détectées
au
cours
des
générations
successives
La
stratégie
de
sélection
intrafamille
de-
vrait
également
s’avérer
utile
dans
les
gé-

nérations
suivantes.
Si
les
associations
marqueurs-QTL
sont
assez
étroites,
elles
ne
devraient
pas
être
trop
diluées
au
cours
des
générations.
En
effet,
un
déséquilibre
de
liaison
DT,
est
attendu
entre

deux
mar-
queurs
sélectivement
neutres,
distants
de
r
<
1/T,
où
T
est
le
nombre
de
générations
panmictiques,
qui
ont
suivi
l’hybridation
ini-
tiale
(Kimura
et
Otha,
1971).
Le
déséquili-

bre
résiduel
est
alors
DT
=
(1-r)
T
x
D0,
et
il
diminuera
d’autant
plus
vite
que
les
locus
seront
éloignés.
Par
exemple :
dans
un
programme
d’amélioration
après
trois
gé-

nérations
d’intercroisements,
des
mar-
queurs
distants
d’un
taux
de
recombinai-
son
de
30
%
devraient
être
efficaces
pour
détecter
des
associations
marqueurs-QTL
(D
T
=
0,343*D
0
).
Ainsi,
lorsque

des
liaisons
très
étroites
sont
établies
entre
marqueurs
bordants
et
QTL,
le
déséquilibre
de
liaison
initial,
Do,
établi
dans
les
populations
d’a-
mélioration
par
linkage
physique
à
la
géné-
ration

n devrait
subsister
malgré
le phénomène
de
la
recombinaison
à
la
génération
n
+ 1.
De
plus,
il
semble
illusoire
de
pouvoir fixer
tous
les
allèles
favorables
par
croisement
en
une
seule
génération
et

ce,
même
au
niveau
d’un
seul
caractère.
Les
allèles
à
effets
forts
devraient
être
fixés
après
une
génération
de
SAM,
laissant
la
place
pour
d’autres
QTL
dans
les
générations
suivantes.

De
nouveaux
allèles
et
de
nouveaux
QTL
pourront
également
être
introduits
et
recherchés
à
chaque
géné-
ration.
Gains
génétiques
et
coûts
de
la
sélection
intrafamille
assistée
par
marqueurs
Le
gain

génétique
attendu
de
la
sélection
intrafamille
dans
des
descendances
de
plein-frères
s’écrit :
&Delta;G
=
i
wf

x
h2
wf

x
&sigma;
wf
(où
i
wf

est
l’intensité

de
sélection
intrafa-
mille,
h2
wf
est
l’héritabilté
intrafamille
et
&sigma;
wf
est
l’écart
type
phénotypique
intrafamille
de
plein-frères).
Il
s’écrit
encore :
Un
cas
concret
d’espérance
de
gain
gé-
nétique

a
été
calculé
pour
la
hauteur
à
10
ans
(moyenne
de
6,81
m),
dans
le
test
2.44.10
(plan
de
croisement
factoriel
de
80
familles)
du
programme
de
sélec-
tion
du

pin
maritime.
Les
variances
sui-
vantes
ont
été
obtenues :
&sigma;
2A
= 1669 ;
&sigma;
2D
=
1 98 ;
&sigma;
2E
=
2901 ;
&sigma;
2
wf

= 3884.
L’héritabilité
individuelle
était
de
h2

=
0,35.
L’estimation
du
gain
généti-
que
attendu
pour
une
intensité
de
sélec-
tion
de
i
wf =
2,135
(3
individus
sélection-
nés
sur
70)
est
&Delta;G
=
8,2
%.
Pour

une
héritabilité
intrafamille
h2
wf
=
0,21
(calculée
à
partir
des
données
du
dispositif
2.44.10)
et
un
pourcentage
de
la
variation
génétique
expliquée
par
les
QTL de
50
%,
l’efficacité
de

la
sélection
as-
sociant
l’information
des
marqueurs
à
celle
du
phénotype
est
de
E
=
1,63
(valeur
obte-
nue
à
partir
de
l’équation
1
de
Strauss
et
al,
1992),
ce

qui
donne
une
espérance
de
gain
génétique
de
&Delta;G
(SAM)

=
13,3
%,
pour
la
sé-
lection
intrafamille
assistée
par
marqueur,
dans
des
descendances
de
200
individus
où
l’on

en
sélectionnerait
huit.
L’espérance
du
gain
génétique
obtenu
par
la
SAM
intra-
famille
est
donc
supérieur
de
5,1
%
à
celui
obtenu
par
la
seule
sélection
phénotypique
intrafamille.
Nous
avons

représenté
à
la
figure
2
les
coûts
du
marquage
moléculaire
en
fonction
du
nombre
de
familles
génotypées.
Ce
coût
prend
en
compte
le
fonctionnement
et
la
main
d’oeuvre
pour
toutes

les
étapes
allant
de
l’extraction
d’ADN
à
la
saisie
informati-
sée
des
données.
Les
sommes
obtenues
résultent
du
calcul
présenté
au
tableau
II.
La
sortie
de
variétés
améliorées,
réalisées
dans

des
vergers
à
graines
d’équivalent-
clones,
nécessite
le
choix
d’un
nombre
suf-
fisant
de
géniteurs
non-apparentés
(envi-
ron
30
individus
élites).
La
recherche
du
meilleur
recombinant
dans
30
familles
FS

sur
la
base
des
QTL
«
généraux
»
néces-
sitera
un
investissement
d’environ
2,7
mil-
lions
de
francs
(MF)
sur
cinq
ans
pour
un
technicien,
main
d’oeuvre
et
fonctionne-
ment

compris
(tableau
II).
L’obtention
d’un
gain
équivalent
à
la
SAM
par
sélection
intrafamille
basée
unique-
ment
sur
le
phénotype
nécessiterait
d’ap-
pliquer
une
intensité
de
sélection
très
in-
tense:
i

wf =
4, 15,
soit
un
individu
sélectionné
par
famille
de
11
800
indivi-
dus !
Ce
qui
montre
l’énorme
avantage
de
la
SAM
dans
le
cas
de
la
sélection
intrafa-
mille.
Notons

que,
dans
le
cas
particulier
d’une
sélection
intrafamille,
nous
ne
pou-
vons
pas
calculer
l’efficacité
relative
du
nombre
de
répétitions
des
unités
testées
à
intensité
de
sélection
constante
comme
l’a

proposé
Gallais
(1993).
En
effet,
l’héritabi-
lité
intrafamille
ne
peut
pas
être
améliorée
en
augmentant
l’effectif
de
chaque
famille.
Il
faut
noter
que
cet
investissement
ne
s’a-
dressera
pas
à

la
détection
de
QTL
pour
un
seul
caractère.
En
effet,
une
fois
le
mar-
quage
effectué,
d’autres
QTL
pourront
être
mis
en
évidence
sur
d’autres
caractères.
L’investissement
sera
donc
d’autant

plus
rentabilisé
que
la
sélection
sera
multiva-
riable.
Répercussion
du
coût
de
la
SAM
sur
le
coût
de
la
graine
améliorée
Le
pin
maritime
couvre
1,4
million
d’hec-
tares
en

France.
Il
se
situe
en
première
po-
sition
des
reboisements
français
de
coni-
fères
avec
environ
20 000
ha/an
dont
50
%
par
semis
direct
(10 000
ha
semés
à
raison
de

1
kg
de
graines/ha)
et
50
%
par
planta-
tion
(10 000
ha
plantés
à
raison
de
1
kg
de
graines/12
ha).
Dans
le
cas
d’une
période
d’amortissement
du
coût
du

marquage
mo-
léculaire
sur
un
cycle
de
sélection
(12
ans),
quel
serait
le
surcoût
de
la
graine
issue
de
la
SAM
intrafamille
par
rapport
à
la
graine
améliorée
(étiquette
bleue)

vendue
actuel-
lement
à
1
200
F/kg ?
Nous
considérons
pour
ce
calcul
que
la
semence
«
SAM
»
sera
plutôt
destinée
à
la
régénération
par
plantation,
et
que
les
10 000

ha
reboisés
annuellement
par
plantation
le
seront
avec
des
variétés
différentes
(par
exemple
trois)
ayant
chacune
une
base
génétique
d’une
trentaine
de
génotypes.
Disposant
de
10
000
ha à
reboiser
par

an
et
ce
sur
12
ans,
soit
120
000
ha,
il
faudrait,
à
raison
de
1
kg/12
ha,
produire
10
000
kg
de
graines
améliorées,
soit
3
333
kg
par

va-
riété
«
SAM ».
Dans
le
cadre
de
la
sélection
assistée
par
marqueurs
effectuée
dès à
présent
(voir
paragraphe
«
Intégration
des
marqueurs
moléculaires
dans
le
cadre
de
la
réorgani-
sation

du
schéma
d’amélioration
»),
le
sur-
coût
de
la
graine
«
SAM
»
permettant
d’a-
mortir
le
coût
du
marquage
moléculaire
serait
de
810
F/kg
(2,7
MF/
3
333
kg)

pour
le
typage
de
30
familles.
Comparé
au
prix
du
plant
amélioré
vendu
par
les
pépinié-
ristes
(de
l’ordre
de
1,50
F/plant),
ce
coût
supplémentaire
représenterait
une
aug-
mentation
du

prix
du
plant
d’environ
5,4
centimes
Dans
le
cas
de
la
SAM
appliquée
dans
le
futur
(paragraphe
«
Intégration
des
mar-
queurs
moléculaires
dans
le
cadre
de
la
réorganisation
du

schéma
d’améliora-
tion
»),
il
faut
ajouter,
au
coût
du
marquage
d’une
trentaine
de
famille
élites,
les
coûts
de
la
sélection
dans
des
familles
d’au
moins
200
individus.
La
sélection

se
fait
ac-
tuellement
sur
des
effectifs
d’environ
70
in-
dividus.
À
titre
d’exemple
la
mise
en
place
d’un
test
de
descendance
de
100
familles
de
200
individus
représenterait
un

coût
supplémentaire
de
0,6
MF
par
rapport
au
coût
actuel
(calcul
basé
sur
les
données
du
tableau
IV).
Le
surcoût
de
la
graine
amélio-
rée
par
SAM
serait
alors
de

990
F
(2,7
+
0,6
MF/3
333
kg),
soit
une
augmentation
du
prix
du
plant
d’environ
6,6
centimes.
Dans
ces
deux
cas
de
figure,
le
prix
du
plant
amélioré
issu

d’une
sélection
combi-
nant
l’information
du
phénotype
et
des
mar-
queurs
moléculaires
devrait
avoir
une
ré-
percussion
tolérable
sur
le
prix
du
plant
destiné
à
la
plantation.
Ainsi,
il
semble

que
la
sélection
intrafamille
assistée
par
mar-
queurs
soit
avantageuse.
Nous
ne
pou-
vons
cependant
pas
prédire
quels
seraient
les
surcoûts
répercutés
par
les
pépinié-
ristes.
L’espérance
du
gain
génétique

de
la
SAM
intrafamille
par
rapport
à
la
sélection
phénotypique
(5,1
%
sur
la
hauteur
soit
environ
15 %
sur
le
volume,
Danjon,
1995),
représenterait
un
gain
financier
de
300
F/ha/an

pour
les
sylviculteurs
(calcul
basé
sur
une
production
de
10
m3
/ha/an
payée
en
moyenne
2
000
F).
Sélection
des
géniteurs
de
variétés
hybrides
d’Eucalyptus,
utilisant
les
marqueurs
moléculaires
La

création
de
variétés
hybrides
de
pre-
mière
génération
entre
espèces
génétique-
ment
éloignées
et
complémentaires
(Euca-
lyptus
urophylla
et
Eucalyptus
grandis)
est
la
solution
choisie
pour
l’amélioration
de
l’Eucalyptus
au

Congo.
Le
schéma
de
sé-
lection
récurrente
réciproque
(SRR),
déve-
loppé
depuis
1989,
vise
à
améliorer
de
fa-
çon
conjointe
et
orientée
les
deux
espèces
l’une
par
rapport
à
l’autre.

Les
géniteurs
des
hybrides
sont
sélectionnés
sur
leur
AGC
en
intercroisement,
puis
sont
recom-
binés
intrapopulation
pour
donner
les
po-
pulations
de
sélection
au
cycle
suivant
(Bouvet
et
al,
1992).

À
chaque
génération,
la
complémentarité
entre
groupes
devrait
s’accentuer
par
l’augmentation
de
la
fré-
quence
des
gènes
favorables
à
l’intérieur
de
chaque
population
et
la
valeur
attendue
de
l’hybride
devrait

augmenter
(Gallais,
1978).
Les
familles
hybrides
servent
au
test
des
valeurs
en
croisement
mais
aussi
à
la
sortie
variétale
où
l’ASC
est
exploitée
(Vi-
gneron,
1991).
La
sortie
variétale
est

réali-
sée
sous
forme
clonale
ou sous
forme
de
familles de
plein-frères
reproduites
par voie
sexuée
et/ou
multipliées
végétativement.
Prédiction
de
l’hétérosis
Chez
les
Eucalyptus
comme
chez
de
nom-
breuses
espèces
allogames,
l’hétérosis

peut
être
très
fort,
les
meilleures
familles
hybrides
présentent
des
performances
de
25
%
supérieures
aux
meilleures
espèces
parentales
(Vigneron,
1991).
Néanmoins,
la
polygénie
des
caractères
de
croissance
rend
difficile

la
fixation
de
cet
hétérosis
qui
résulte
probablement
d’une
complémenta-
rité
allélique
entre
les
deux
espèces
(vi-
gueur
hybride)
plutôt
que
de
la
superdomi-
nance.
L’utilisation
des
marqueurs
moléculaires
est

envisagée
pour
optimiser
le
choix
des
meilleurs
parents
à
croiser
dans
les
différents
plans
de
croisement.
Dans
un
premier
temps,
les
marqueurs
sont
utilisés
pour
calculer
les
distances
gé-
nétiques

entre
les
parents.
Puis
la
re-
cherche
d’associations
entre
l’aptitude
spécifique
à
la
combinaison
(ASC)
des
combinaisons
hybrides
ou
l’aptitude
géné-
rale
à
la
combinaison
(AGC)
des
parents
avec
les

marqueurs
devrait
permettre
de
définir
des
segments
chromosomiques
spécifiques
et/ou
généraux
intervenant
po-
tentiellement
dans
l’expression
des
carac-
tères
quantitatifs.
À
terme,
la
SRR
entre
E
urophylla
et
E grandis
rendra

possible
la
fixation
des
allèles
favorables
complémen-
taires
dans
chaque
espèce.
Les
premiers
résultats
obtenus
sur
Euca-
lyptus
ne
mettent
pas
en
évidence
de
rela-
tion
entre
l’hétérosis
et
les

distances
géné-
tiques
calculées
à
partir
de
l’ensemble
des
marqueurs
(415
fragments
RAPD,
Verhae-
gen
et
al,
1995).
Ces
résultats
expérimen-
taux
sont
conformes
aux
résultats
théori-
ques
qui
montrent

qu’il
est
peu
probable
que
la
prédiction
au
travers
de
la
distance
(calculée
avec
tous
les
marqueurs)
entre
parents
n’ayant
pas
d’origine
commune
soit
efficace
(Charcosset
et
Essioux,
1994).
Il

reste
cependant
plusieurs
axes
de
recherche
à
explorer.
Le
premier
concerne
l’étude
du
déséquilibre
de
liaison
entre
marqueurs
moléculaires
et
QTL :
condition
nécessaire
pour
trouver
une
relation
entre
hétérosis
et

hétérozygotie
évaluée
au
ni-
veau
moléculaire
(Charcosset
et
al,
1991).
Ce
point
est
vraisemblablement
vérifié
car
les
deux
populations
d’amélioration
sont
constituées
d’un
nombre
réduit
d’arbres
sélectionnés
dans
des
provenances

très
localisées.
Les
E
urophylla
sont
originaires
d’une
des
îles
de
la
Sonde,
et
les
E grandis
proviennent
de
l’extrême
nord
de
l’aire
na-
turelle
en
Australie.
L’isolement
de
ces
pro-

venances
naturelles
depuis
des
généra-
tions
augmente
la
probabilité
d’observer
un
déséquilibre
de
liaison
entre
marqueurs
et
QTL.
Il
conviendra
donc
au
préalable
de
quantifier
le
niveau
de
ce
dộsộquilibre

pour
les
marqueurs
utilisộs
dans
les
deux
popu-
lations
damộlioration.
Les
premiers
rộsul-
tats
expộrimentaux
font
apparaợtre
des
as-
sociations
significatives
pouvant
ờtre
attribuộes
au
dộsộquilibre
de
liaison
entre
marqueurs

et
caractốres
quantitatifs
(Ver-
haegen
et
al.
1995).
Un
autre
axe
de
re-
cherche
concerne
la
structuration
des
po-
pulations
parentales
servant

la
crộation
variộtale.
Ainsi,
pour
le
maùs,

la
prộdiction
de
lhộtộrosis
du
rendement
en
grains
a
ộtộ
mise
en
ộvidence

partir
des
coefficients
de
parentộ
rộvộlộs
sur
des
lignộes
paren-
tales
par
RFLP
(Bernardo,
1994).
Les

fortes
corrộlations
observộes
(0,65

0,80)
montrent
que
les
performances
des
hy-
brides
peuvent
ờtre
effectivement
prộdites
en
utilisant
linformation
des
hybrides
exi-
stants.
Recherche
des
gộnotypes
transgressifs
dans
des

familles
de
plein-frốres,
combinộe

la
multiplication
clonale
En
raison
du
dộsộquilibre
de
liaison
produit
par
lhybridation
et
de
limportante
variance
phộnotypique,
les
programmes
dhybrida-
tion
interspộcifique
se
prờtent
mieux

la
sộlection
assistộe
par
marqueurs
(Strauss
et
al,
1992).
La
recherche
de
gộnotypes
cumulant
les
bons
QTA
pourrait
ờtre
rộali-
sộe
au
stade
adulte
mais
ộgalement

plus
grande

ộchelle
au
stade
jeune
en
pộpiniốre
(ộtape
3,
de
la
figure
1).
Les
croisements
impliquant
les
parents
ayant
fourni
les
fa-
milles
les
plus
intộressantes
pourraient
a-
lors
ờtre
refaits.

La
sộlection
des
recombi-
nants
favorables
seffectuerait
alors

laide
des
seuls
marqueurs
ayant
montrộ
une
as-
sociation
avec
les
QTL
spộcifiques
au
stade
adulte.
Chez
une
espốce
comme
lEucalyptus

pour
laquelle
la
multiplication
vộgộtative
est
utilisộe
pour
la
crộation
va-
riộtale,
lutilisation
des
QTL
spộcifiques
se-
rait
optimale
puisque
les
effets
additifs
et
de
dominance
seraient
exploitộs.
La
sộlec-

tion
des
meilleurs
recombinants
sur
la
base
des
marqueurs
molộculaires
et
du
phộno-
type,
combinộe

leur
multiplication
vộgộ-
tative
devrait
permettre
la
confirmation
des
meilleurs
gộnotypes
en
une
seule

sộrie
de
test
clonal,
alors
que
deux
sộries
sont
ac-
tuellement
nộcessaires
(Delwaulle,
1988).
Une
sortie
variộtale
considộrablement
ac-
cộlộrộe,
grõce

une
forte
rộduction
de
la
durộe
dộvaluation
des

clones,
augmente-
ra
le
gain
gộnộtique
par
unitộ
de
temps,
entraợnant
une
baisse
des
coỷts
dinstalla-
tion
en
plantations
industrielles
et
une
aug-
mentation
des
revenus.
Estimations
des
gains
gộnộtiques

et
des
coỷts
de
la
sộlection
assistộe
par
marqueurs
Nous
nous
plaỗons
dans
le
cas
dune
sộ-
lection
combinộe
individu-famille.
Les
pro-
grốs
gộnộtiques
attendus
ont
ộtộ
calculộs
pour
une

sộlection
basộe
sur
la
seule
infor-
mation
phộnotypique
ainsi
que
pour
la
sộ-
lection
assistộe
par
marqueurs
selon
lộ-
quation
[1]
de
Strauss
et
al
(1992).
Afin
de
prendre
en

compte
le
coỷt
dacquisition
des
donnộes
des
marqueurs
molộculaires,
nous
avons
modifiộ
cette
ộquation
en
y
in-
tộgrant
la
proportion
(s)
de
familles
gộno-
typộes
aprốs
lộtape
de
sộlection
familliale.

Lefficacitộ
sộcrit
alors :
Un
cas
concret
despộrance
de
gain
gộ-
nộtique
a
ộtộ
calculộ
pour
la
circonfộrence

3
ans
et
demi,
dans
le
test
R90-11
(plan
de
croisement
factoriel

incomplet
ộquilibrộ
de
94
familles)
du
programme
damộliora-
tion.
Ce
caractốre
a
ộtộ
retenu,
car
il
est
bien
corrộlộ
avec
la
production
des
arbres
en
fin
de
rotation.
Avec
une

sộlection
inter-
famille
peu
intense
(i
f=
0,798,
soit
la
moitié
des
familles
retenues),
une
sélection
indi-
viduelle
forte
(iwf =
2,502,
soit
un
clone
sé-
lectionné
par famille
de
64
plants),

une
hé-
ritabilité
intrafamille
h2
wf
=
0,20
et
une
héritabilité
interfamille
h2f=
0,47,
une
espé-
rance
de
gain
génétique
de
3,8
%
est
at-
tendue
pour
la
sélection
phénotypique.

Pour
un
pourcentage
de
la
variation
gé-
nétique
expliquée
par
les
QTL
de
50
%
(p
=
0,50)
et
une
proportion
des
familles
génotypées
de
40
%
(s
=
0,40),

l’efficacité
de
la
sélection
associant
l’information
des
marqueurs
est
de
E
=
1,17
(fig
3) ;
faisant
ainsi
passer
le
progrès
génétique
à
4,4
%.
En
se
référant
aux
calculs
des

coûts
pré-
sentés
au
tableau
II,
la
cartographie
ainsi
que que
la
détection
des
QTL
spécifiques
dans
40
%
des
familles
(soit
19
sur
47
fa-
milles
retenues)
est
estimé
à

environ
1
164 000
F.
La
mise
en
place
d’un
nombre
plus
important
d’individus
par
famille
de
plein-frères
a
pour
effet
d’augmenter
h2f.
Cependant,
comme
dans
l’exemple
de
la
sélection
intrafamille

chez
le
pin
maritime,
il
faudrait
un
très
grand
nombre
de
répéti-
tions
pour
atteindre
une
efficacité
compa-
rable.
Une
efficacité
maximale de
E
=
1,44
devrait
être
atteinte
pour
s

=
100
%
des
fa-
milles
typées
(soit
47)
pour
un
coût
de
2 900 000 F.
Actuellement,
la
confirmation
de
la
supé-
riorité
des
clones
nécessite
la
mise
en
place
de
deux

séries
de
tests
clonaux
réa-
lisés
sur
14
ans.
La
stratégie
utilisant
l’in-
formation
conjointe
des
marqueurs
et
du
phénotype
devrait
permettre
d’identifier
plus
précisément
les
meilleurs
génotypes
et
ainsi

de
réduire
à
un
test
clonal
l’évalua-
tion
des
clones,
soit
un
gain
d’environ
5
ans
dans
le
schéma
d’amélioration
génétique
de
l’eucalyptus.
Le
repérage
rapide
des
in-
dividus
transgressifs

devrait
permettre
d’augmenter
les
gains
génétiques
par
unité
de
temps
par
rapport
au
schéma
actuel.
Multiplication
végétative
assistée
par
marqueurs
L’utilisation
des
marqueurs
pour
la
sélec-
tion
des
parents
des

futures
générations
(SAM)
est
à
distinguer
de
leur
utilisation
pour
la
sélection
d’individus
candidats
au
déploiement
des
variétés
clonales.
Cette
distinction
est
importante
et
a
souvent
été
occultée
dans
la

littérature,
puisque
la
mul-
tiplication
végétative
ne
présente
pas
d’in-
térêt
chez
la
plupart
des
plantes
agronomi-
ques
annuelles.
La
propagation
par
voie
végétative
est
très
utilisée
chez
les
arbres

forestiers
(Eucalyptus,
Populus,
Pinus
ra-
diata,
hybrides
entre
Pinus
caribaea
et
Pi-
nus
elliotii )
et
est
certainement
le
moyen
le
plus
efficace
de
valoriser
l’information
apportée
par
les
marqueurs.
La

forestrie
clonale
implique
le
déploiement
d’un
petit
nombre
de
variétés
testées
répondant
à
une
demande
précise
(variétés
«
à
la
carte »)
et
permettant
un
accroissement
de
l’efficacité
lors
de
l’exploitation

(Libby,
1992).
Libby
et
Rauter
(1984)
ont
présenté
les
principaux
avantages
de
ce
type
de
va-
riétés
et,
durant
ces
10
dernières
années,
l’intérêt
pour
la
multiplication
clonale
s’est
considérablement

accru
(Kleinschmidt
et
al,
1993 ;
Gupta
et
al,
1993 ;
Talbert
et
al,
1993).
Nous
avons
précédemment
montré
que
la
recherche
de
QTL
spécifiques
était
économiquement
réalisable
dans
un
petit
nombre

de
familles.
Dans
ce
cadre,
la
SAM
intrafamille
qui
vise
à
l’identification
de
l’idéotype
au
sein
de
familles
de
plein-
frères
en
utilisant
l’information
du
phéno-
type
et
des
marqueurs

liés
aux
QTL
des
caractères
d’intérêt
économique
devrait
a-
voir
une
place
importante.
Le
maintien
d’une
base
génétique
large
au
sein
des
po-
pulations
d’amélioration
sera
le
principal
garant
d’une

diversité
constamment
renou-
velée
au
niveau
des
variétés
clonales.
Les
marqueurs
pourront
également
avoir
un
rôle
important
dans
la
gestion
des
popula-
tions
d’amélioration.
CONCLUSION
Dans
une
revue
portant
sur

l’utilisation
po-
tentielle
de
la
SAM
pour
l’amélioration
des
arbres
forestiers,
Strauss
et
al
(1992)
concluaient
à
une
utilisation
plutôt
limitée
des
marqueurs
moléculaires.
L’argumenta-
tion
reposait
essentiellement
sur
deux

points :
le
faible
déséquilibre
de
liaison
ren-
contré
chez
la
plupart
des
espèces
fores-
tières
et
les
coûts
(non
chiffrés)
du
typage
moléculaire.
Depuis,
les
techniques
de
marquage
ont
évolué,

permettant
la
construction
de
nombreuses
cartes
généti-
ques
et
une
détection
plus
rapide
des
QTL.
À
la
lumière
de
ces
nouveaux
résultats,
nous
avons
reconsidéré
les
arguments
dé-
veloppés
par

Strauss
et
al
(1992)
et
cher-
ché
à
évaluer
l’intérêt
potentiel
de
l’utilisa-
tion
des
marqueurs
RAPD
dans
les
programmes
d’amélioration
du
pin
mari-
time
et
de
l’eucalyptus.
L’avantage
princi-

pal
des
marqueurs
RAPD
réside
dans
la
simplicité
de
mise
en
&oelig;uvre
et
d’utilisation
de
la
technique
ainsi
que
dans
la
possibilité
d’exécuter
rapidement
les
milliers
de
réac-
tions
nécessaires

à
la
cartographie
et
à
la
détection
de
QTL
à
grande
échelle.
Par
ail-
leurs,
ces
marqueurs
ne
nécessitent
pas
d’information
a
priori
de
séquences
nucléo-
tidiques,
ce
qui
permet

de
les
utiliser
chez
des
espèces
dont
le
génome
est
peu
ca-
ractérisé.
Des
cartes
génétiques
peuvent
alors
être
construites
pour
de
nombreux
géniteurs
et
des
associations
entre
mar-
queurs

et
caractères
quantitatifs
établies
à
l’intérieur
de
chaque
famille,
permettant
ainsi
de
s’affranchir
du
faible
déséquilibre
de
liaison
existant
au
niveau
de
la
popula-
tion.
Nous
avons
montré
qu’un
progrès

géné-
tique
supérieur
à
celui
obtenu
par
les
mé-
thodes
de
sélections
classiques
pouvait
ré-
sulter
de
la
sélection
de
génotypes
transgressifs
basées
sur
l’information
phé-